關聯(lián)生活實例和課堂實驗的新工科教學探索

甘少君 王燕霞 賴見輝

摘要：《交通信息檢測與處理》課程是信息科學與交通學科的融合，包含大量編程、物聯(lián)網(wǎng)以及人工智能的內(nèi)容，是新工科建設的典型課程。如何引導傳統(tǒng)工科學生積極參與課堂討論、系統(tǒng)掌握課程內(nèi)容，成為傳統(tǒng)工科專業(yè)引入新工科課程的教學難點和創(chuàng)新探索的目標。本文以《交通信息檢測與處理》為例，提出關聯(lián)生活實例和課堂實驗的新工科課程教學探索，引領學生從生活中的交通信息檢測器出發(fā)，了解不同種類交通信息檢測器的適用范圍進而掌握其優(yōu)、缺點;另外通過在課堂引入趣味實驗，使得學生在輕松的學習氛圍下掌握各種檢測器背后的原理，進而激發(fā)學生對專業(yè)理論的研讀與思考，并促進課程思政的達成。使理論教學從枯燥的概念記憶向高階理解掌握遞進，為傳統(tǒng)工科專業(yè)引入新工科課程的課程質(zhì)量提升帶來啟發(fā)。

關鍵詞：新工科;交通學科;課堂實驗;生活實例

一、問題導向

1.1教學痛點

隨著我國交通基礎設施建設蓬勃發(fā)展和城市化的日新月異，交通類專業(yè)的建設取得了巨大的成就[1]。近年來，隨著計算機技術和信息技術的發(fā)展，交通行業(yè)在大數(shù)據(jù)、邊緣計算、物聯(lián)網(wǎng)和人工智能快速發(fā)展的浪潮中也不斷革新，傳統(tǒng)的交通管理方式正在快速更新，交通技術正在擁抱大數(shù)據(jù)、智能化等新技術，《交通信息檢測與處理》等與信息科學深度融合的新工科課程應運而生。然而，傳統(tǒng)工科專業(yè)學生編程基礎薄弱、缺乏人工智能等信息科學背景給新工科課程的學習和理解帶來巨大阻礙[2]。

教材全是字，學生不愛學，上課不積極，課后閱讀量難保障等現(xiàn)實問題使得新工科課程已經(jīng)成為傳統(tǒng)工科類專業(yè)課程質(zhì)量提升的痛點，《交通信息檢測與處理》正是該類新工科課程的典型代表[3]。如何以學生為中心，利用創(chuàng)新的教學理念、方式、方法，達成專業(yè)理論學習認知升級的教學效果，并形成主動學習理論和良好的教學氛圍，成為此類課程教學創(chuàng)新探索的問題與目標[4]。

1.2學情分析

本課程學生為北京工業(yè)大學2019級四年制交通類專業(yè)的大三學生。其中，1999年出生約70%，大城市生源近83%，鄉(xiāng)村生源約17%。隨著國家經(jīng)濟發(fā)展和城市化進程，青年學生們見識、興趣、愛好都很廣泛，大家都使用手機并熱衷信息類專業(yè)，但深度和高階的理論內(nèi)容卻成為很難開展的教學工作。在以往課堂教學中，低頭族、手游族、被動派成為現(xiàn)在常見的青年學生狀態(tài)。如何保護好學生們對信息化專業(yè)的興趣，引領學生積極、主動探索課程內(nèi)容，成為新工科課程的創(chuàng)新出發(fā)點[5]。

二、創(chuàng)新思路與舉措

2.1創(chuàng)新思路

《交通信息檢與處理》課程主要講授基于磁頻、波頻、射頻、視頻的車輛檢測器及其數(shù)據(jù)處理方法[6]。既包含大量的物理學、電學知識難點，也包含較多編程手段，成為傳統(tǒng)工科專業(yè)與信息科學融合的典型課程[7]。為更好的引導學生掌握課程要點，保護學生對新興信息技術的興趣，本文提出一種關聯(lián)生活實例和課堂實驗的課程教學方法，幫助學生們從生活中常見的現(xiàn)象出發(fā)，挖掘其中的物理學原理，進而升華拓展到本課題的關鍵內(nèi)容。例如第四章，基于射頻的車輛檢測技術，課堂從校園卡的使用為切入點，使得學生理解校園卡同樣是應用射頻原理，進而拓展出射頻識別的通信距離、通信手段等高階內(nèi)容[8]。

2.2創(chuàng)新舉措

2.2.1引導學生探索日常生活中的交通信息檢測器

《交通信息檢測與處理》課程所涉及到車輛檢測技術在北京等大中城市均有廣泛應用，考慮到本課程學生大部分為北京生源，在日常生活中接觸各種交通檢測器的機會較多。因此，課程在講授不同檢測器之前，首先引導學生找尋生活中的交通信息監(jiān)測器，分析其類型、安裝位置以及適用場景，對不同種類的交通監(jiān)測器有初步的認識。

2.2.2引導學生思考具體場景中交通信息檢測器的設置依據(jù)

進一步，引導學生查閱資料，探究安裝不同種類的監(jiān)測器的依據(jù)。例如，我校東南門車輛進出口為什么布置的檢測器是線圈傳感器配合視頻攝像頭，而停車場內(nèi)則安裝的是地磁傳感器？通過引領學生探究不同場景下交通監(jiān)測器的布置方案，使得學生直觀的掌握各種監(jiān)測器的優(yōu)缺點，并且在課程結(jié)束后看到不同的檢測器時可以無意識的回想起課程內(nèi)容。

2.2.3增加課堂趣味實驗，抓住學生求知欲和探索欲

《交通信息檢測與處理》課程所講授的交通檢測器檢測原理較復雜，僅僅通過教材學習，很難掌握檢測器的檢測原理。通過分析，《交通信息檢測與處理》課程所涉及到的檢測器原理幾乎全部可以通過實驗的方式向?qū)W生展示。例如，第二章線圈檢測器通過電渦流原理檢測車輛，電渦流原理在生活中應用廣泛;第四章RFID檢測器通過電磁感應原理檢測，與學生們?nèi)粘Ｊ褂玫男@卡原理一致。

2.2.4增加信息科學隨堂編程演示，幫助學生消除對編程的恐懼

針對交通專業(yè)學生編程基礎薄的實際情況，引入可視化編程工具Node-Red對課程涉及的交通檢測手段及數(shù)據(jù)處理方法進行演示，避免學生由于傳統(tǒng)編程方法難入門直接放棄對課程的探索。Node-Red為近年來產(chǎn)生的可視化編程方式，學習者無需專業(yè)編程基礎即可實現(xiàn)基本的操作。通過課堂演示，學生們了解到簡單數(shù)步即可實現(xiàn)通過超聲波傳感器檢測車輛速度、距離，并且能夠?qū)崿F(xiàn)超速信息語音提醒，郵件提醒。極大的消除了學生們對編程的恐懼。

三、教學評價

在本課程以往的教學評價中，對概念記憶，觀點理解，文字輸出較為關注。但在關聯(lián)生活實例和課堂實驗的教學探索中，在最初階段很難找到合適的教學評價方法，來客觀真實評價教學效果。但似乎在課程進展中，大家的表現(xiàn)和課后在思考作業(yè)的表現(xiàn)還是具有個體差別的。為了將結(jié)果型評價向過程性評價延伸，本次探索采用了1）課后總結(jié)報告感悟，讓同學自評反思，同時評價課堂教學效果。2）教師結(jié)合課程目標的達成和教學內(nèi)容的落實，在課后作業(yè)中評價學生。通過學生的教學評價，可以看出本次教學探索達到了預期目的。

四、課程思政

4.1思政點挖掘

當前課程思政的內(nèi)容挖掘已經(jīng)成為課程建設的重要方面，尤其在技術性課程中較難找到對年輕人較有吸引力的思政點。通過在課前大量閱讀文獻，查閱資料，做到每一堂課都融入思政元素，潤物細無聲。例如在移動型車輛檢測器中，通過引入我國北斗定位導航系統(tǒng)的開發(fā)設計過程，讓學生們了解到我國北斗系統(tǒng)如何打了一場漂亮的翻身仗，理解為何北斗系統(tǒng)對我國意義重大;在基于視頻的車輛檢測器中，通過講解華為、海康等一批民族企業(yè)如何扛起科技創(chuàng)新的大旗，解決“卡脖子”問題，增強學生們的民族自豪感。

4.2引入方式挖掘

最后在課程思政內(nèi)容引入方面，從青年的視角，具有青年人喜歡的審美感和及時性，更能引起青年興趣，并不會帶來反感

五、教學探索總結(jié)

本次關聯(lián)生活實例和課堂實驗的《交通信息檢測與處理》課程調(diào)動了學生既有的經(jīng)驗、能力、認知，通過教師引導，將生活實例導向課程內(nèi)容和目標，讓同學自我建構(gòu)，而非強制灌輸。尤其對于專業(yè)理論課程，雖然有一定深度和難度，但正是切身體驗，才能激發(fā)學生思考、查詢、閱讀、批判等一系列更高階的學習行為，形成建構(gòu)式學習。

關聯(lián)生活實例和課堂實驗的新工科課程教學模式充分利用學生們的求知欲、探索欲，力圖消除傳統(tǒng)工科專業(yè)學生對編程等新型信息化專業(yè)課程的恐懼和抵制，結(jié)合課題演示實驗和可視化編程技術，達成專業(yè)理論學習認知升級的教學效果，形成主動學習和探索的良好的教學氛圍，成為傳統(tǒng)工科專業(yè)講授新工科課程的有效探索。

參考文獻：

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[3]羅清玉，吳文靜，楊麗麗，等.基于工程教育核心理念的交通運輸類課程教學改革路徑[J].教育現(xiàn)代化，2018， v.5（15）：51-52.

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[5]佟璐.基于創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的交通運輸專業(yè)實驗教學改革研究[J].當代教育實踐與教學研究（電子刊），2018（9）.

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[7]林健.面向未來的中國新工科建設[J].清華大學教育研究，2017（2）：10.

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